铝热焊施工方案

铝热焊施工方案

一、概况

京沪高铁上海虹桥站及相关工程分为三大块，分别为京沪高速场、沪宁城际综合场、七宝站改造。本次为高速场和城际场中的道岔及长钢轨。

具体焊接工程量如下：京沪高速场道岔共44组，沪宁城际综合场道岔共25组。

二、概述 1、基本原理

铝热焊是应用铝和氧化铁发生化学反应置换出铁的原理而形成的一种钢轨焊接技术，其化学反应式：

Fe2O3+2Al →2Fe+Al2O3+850KJ

这一反应式说明，铝能与氧化铁发生氧化还原反应（即铝热反应），并伴随生产大量的热能量，在无需外部能源的情况下，就可以生成熔化的高温铁水。这些高温铁水可以将添加在铝热焊剂中并已混合均匀的合金元素完全熔化在一起形成特定化学成分的钢水。如果将钢水浇铸于固定在两根钢轨接缝处的砂型内，即可将两根钢轨焊铸在一起，最后形成与钢轨的化学、冶金和机械性能等方面相匹配的焊接接头。这种熔铸式的钢轨焊接方式，焊缝整体性能好，焊接速度快，而操作却并不复杂。 2、操作原理

先将铝热焊剂投放到一个耐高温坩埚中，然后将点燃的高温火柴插入铝热焊剂中，铝热焊剂随即开始铝热反应。反应过程中，氧化铁在高温下被还原形成铁水（熔化其它添加元素后形成特定化学成分的钢水），铝被氧化并与其它氧化物一起形成熔渣。钢水由于比重大而沉于坩埚底部，熔渣比重小而浮于钢水上部。反应结束后，经过短暂镇静，熔渣上浮并与钢水完全分层，坩埚底部特别设计的自熔塞自动熔开，高温钢水被释放到连接两根钢轨的耐高温砂型中，从而将它们焊接在一起。耐高温砂型带有钢轨的几何形状特征，使焊接好的接头形状与钢轨基本一致。在焊缝冷却下来后，如果采用适当的热处理，还可以进一步提高其机械特征。

三、产品特征

1、经济性：耗材少，费用低。

2、实用性：耗时少，满足铁路封锁点施工要求。

3、方便性：辅助机具轻便小型，劳动强度低，操作人员少。

4、质量体系通过国际专业机构认证，质量保证有完善的可追溯性。

5、自动浇注和最佳钢质纯净度，有效保证钢轨焊头品质。

6、有效的熔合区和最小的热影响区以及稳定的焊后化学成分。

7、绿色环保产品，不损害人体、不污染环境。

四、适用范围

焊接不同材质的钢轨采用不同的铝热焊剂，各种砂型可满足不同型号钢轨截面、焊缝宽度以及采用特殊工艺的焊接要求。

1、钢轨类型：50kg/m、60kg/m。

2、钢轨材质：U71MnU75V以及R350等。

五、铝热焊焊接耗材

序号名称备注

1 焊剂Z90、Z100、Z120

2 高温火柴

3 分流塞

4 砂型两片模或三片模

5 一次性坩埚

6 封箱砂干砂或湿砂

7 氧气

8 丙烷

9 锯轨机砂轮片

10 打磨机砂轮片

11 发电机用油等

提示：焊接施工时，应携带一定量的焊接耗材备用。

六、铝热焊工具

1、工具类别：预热枪、丙烷表、氧气表、三片模模板、预热枪支座、坩埚盖、灰渣盘、对轨架、棘轮扳手、捣实棒、火钳、撬棍、多用塞尺、1米钢直尺、钢楔子、巨形家居等。

2、主要工具特性

（1）预热枪：用于钢轨端部和砂模预热。枪孔因使用起源不同而不同。使用氧气/丙烷时，枪孔为32个，当使用氧气/乙炔时，枪孔为14个。

（2）预热枪支座：为预热枪提供固定位置，并可为预热枪提供左右前后调节功能。

（3）坩埚盖：多次性坩埚盖有利于节约耗材成本，并且不会再运输、搬运过程中损坏。但在每次焊接后需要将其内部清理干净。

（4）多用塞尺：用于轨缝尺寸、预热枪高度的快速定位，有利于节省操作时间。（5）丙烷、氧气表：用于控制丙烷、氧气的压力。

七、技术要求

1、铝热焊可在下列条件下施工操作：

（1）在弯道上，焊接点的两股钢轨高度差不超过180mm。（2）线上和线下。（3）厂房内。

（4）雨雪天有严密遮挡设施。

2、铝热焊剂

（1）铝热焊剂为密封但非真空包装。

（2）铝热焊剂储存于干燥、无火源环境。

（3）包装上有标记，可以识别焊剂类别、规格、批次号和生产日期等。

3、砂型

（1）砂型是预制好的，并和与之相匹配的待焊钢轨外形相吻合的。（2）砂型储存于干燥环境搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。（3）焊接时，砂型不可过早启封，避免在空气因暴露时间过长而吸潮。（4）包装纸箱有标记，可以识别砂型类别、型号、生产日期等。

4、坩埚

（1）坩埚成型于马口铁桶内、防变形性能。

（2）坩埚储存于干燥环境搬运时轻拿轻放，防止受潮、破损和开裂。（3）坩埚底部自熔塞必须保持完好状态，使用前应仔细检查。（4）包装纸箱有标记，可以识别坩埚类别、生产日期等。

5、操作人员

（1）铝热焊焊接施工时，操作人员至少两人。（2）操作人员必须经培训合格，持证上岗。

八、铝热焊工艺的主要流程

准备工作→轨端干燥→轨端除锈去污→对轨→夹具安装→砂模安装→封箱→预热→坩埚安装→点火→反应→镇静→拆磨→推瘤→打磨

九、铝热焊操作步骤

1、准备工作

（1）预先了解待焊钢轨的轨型和材质，正确选择砂型和焊剂的类型。

（2）出发前必须安排专业人根据焊接清单清点全部施工物品，以免少带、漏带影响施工。（3）对施工设备、燃气瓶等进行检查，确保使用时安全可靠。

（4）从焊缝两侧钢轨开始，每一侧松开2-4组扣件，然后至少将50m范围内的钢轨扣件按规范锁紧，并在焊缝两侧各第一个锁紧扣件处的钢轨上，做划线记号，以便观察钢轨2移动，然后才可以进行铝热焊焊接。

提示：在焊接过程中，如果钢轨发生明显移动则会拉伤甚至拉裂焊缝，并可能引发高温钢水从砂型中外泄，导致焊接事故。

（5）气温急剧变化时必须用拉伸机锁定钢轨，然后进行焊接操作。

（6）焊接处有缺口、损伤、磨损严重以及端面不规则的钢轨必须切除后，才能进行焊接。（7）待焊钢轨在距轨端200mm范围内有螺栓孔时，必须对螺栓孔周边倒角，并用专用钢塞将孔塞紧，以确保钢轨能均匀传递焊接时产生的热量，钢塞必须与螺栓孔配合紧密。

2、轨端干燥

砂型安装前需用预热枪对焊缝两侧1米范围内钢轨进行加热干燥，充分除去钢轨表面水分。

3、轨端除锈去污（1）在距轨端50mm范围内，用角磨机和钢丝刷对焊接钢轨的端面、轨头、轨要、轨脚和轨底进行打磨清污除锈，要特别注意将轨底打磨清洁干净。（2）打磨完成后，轨头端部边缘需倒角1mm*45º。

4、对轨

（1）以轨脚处为基准，控制轨缝宽度为28+2-1 mm。

（2）水平调整：用一米直尺分别检查焊缝两端钢轨轨头、轨腰、轨脚时候平直。如有偏差，用对轨架或者钢楔子进行调节，轨头侧面以行车面为基准进行调整。（3）尖点调整：将一米直尺自由放置在轨顶，使其中点与焊缝中点相重合，用对轨架或者钢楔子对轨端高度进行调节，使直尺的两个端部与轨顶之间的间隙为1.5~2mm。

5、夹具安装

（1）夹具应安装在上风方向，避免逆风安装导致火焰灼伤预热系统。（2）调整预热枪管与轨面平行。

（3）用多用塞尺设定预热枪高度，预热枪高度设置为40mm。

6、砂型安装

（1）确认砂型无裂痕、无缺损、无受潮，否则不能使用。

（2）砂型浇注孔略作休整，防止预热和浇注时砂粒脱落，造成焊接夹渣。（3）必要时，将砂型贴合钢轨侧面进行左右摩擦，使砂型与钢轨装配处紧密贴合。

提示：如果砂型与钢轨配合不良，可能会造成钢水泄漏的焊接事故。

（4）安装砂型时，浇注孔要对准焊缝中心，并与轨底垂直，以确保焊缝两端钢轨特别是轨底预热均匀。

（5）安装三片模底模板时，底模一定要前后、左右对中，并且要紧贴轨底。（6）第一片砂型安装完毕后，在轨头处放置白卡纸并塞紧缝隙，然后合上第二片砂型。放置时，白卡纸必须露出侧模板。

提示：白卡纸燃烧后，会形成碳膜可以保护轨面。（7）锁紧夹具时，应由一人完成，使两侧均匀夹紧。

（8）安装砂型过程中，切勿让砂粒等杂物落入焊缝型腔内。

7、封箱

封箱是铝热焊操作过程中比较关键的步骤，应高度注意，如果封箱发生问题，很容易造成泄漏钢水的焊接事故。